一種空間用高溫超導接收前端裝置製造方法
2023-05-01 17:36:46
一種空間用高溫超導接收前端裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種空間用高溫超導接收前端裝置。包括制冷機、真空杜瓦和設在真空杜瓦內的超導濾波器及低溫放大器。超導濾波器一端通過絕熱支撐結構固設在真空杜瓦內，另一端與低溫放大器相連。超導濾波器與低溫放大器間設有導熱帶，導熱帶一端位於超導濾波器與放大器之間，另一端和制冷機冷頭相連。超導濾波器與低溫放大器呈上下排列。絕熱支撐結構包括絕熱支板和絕熱支杆，絕熱支杆一端與絕熱支板固定相連，另一端與真空杜瓦底部固定相連。導熱帶為多層銅箔。超導濾波器和低溫放大器外周均設有絕熱層。本發明不僅減少了接收前端的體積，還保證了接收前端結構的穩定性和系統的低熱容及低漏熱，提高了接收前端的性能及工作穩定性。
【專利說明】一種空間用高溫超導接收前端裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及微波【技術領域】，具體涉及一種空間用高溫超導接收前端裝置。
【背景技術】
[0002]在遠距離探測和空間天文等領域中，高溫超導接收前端因具有低損耗、高帶外抑制的特性得到廣泛應用。高溫超導接收前端不僅能有效提高接收機的接收能力與信號處理能力，還可減少大功率對周邊生物環境及電子設備的影響，提高自身的抗幹擾能力。現有的高溫超導接收前端都採用平面式安裝結構，將超導濾波器與低溫放大器並排安裝在冷板上，再將冷板耦合在制冷機冷頭上。這種安裝結構不僅佔用空間大、熱容高，系統漏熱大，還對制冷機提出了更高的要求。當高溫超導前端接受到較大的振動衝擊時，比如30G加速度衝擊,制冷機冷指變形量就會超過最大限度5mm,造成制冷機損壞,影響空間信號的接收及處理。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提供一種空間用高溫超導接收前端裝置，該裝置採用超導濾波器與低溫放大器呈上下排列，減少了接收前端的體積，並用絕熱支撐結構和柔性導熱帶保證接收前端結構的穩定性和系統的低熱容及低漏熱，從而提高了接收前端的性能及工作穩定性。
[0004]為實現上述目的，本發明採用了以下技術方案:
一種空間用高溫超導接收前端裝置，包括制冷機、真空杜瓦和設在真空杜瓦內的超導濾波器及低溫放大器。制冷機包括壓縮機和與壓縮機電連接的膨脹機，膨脹機與真空杜瓦相連，膨脹機與真空杜瓦連接處採用O型橡膠圈密封。超導濾波器一端通過絕熱支撐結構固設在真空杜瓦內，另一端與低溫放大器相連。超導濾波器與低溫放大器間設有導熱帶，導熱帶一端位於超導濾波器與低溫放大器之間，另一端和制冷機冷頭相連。通過螺釘將真空杜瓦和制冷機固定在支撐底板上。具體地說，超導濾波器與低溫放大器呈上下排列。導熱帶為柔性導熱帶，柔性導熱帶不僅能夠將制冷機冷頭的冷量傳遞到超導濾波器與低溫放大器，還能夠緩解外界衝擊力對制冷機冷頭的衝擊。
[0005]所述的真空杜瓦是為超導濾波器與低溫放大器提供真空環境，由不鏽鋼拼焊而成。真空杜瓦採用圓筒式結構，在側壁上設有膨脹機接口、SMA信號輸入接口、SMA信號輸出接口、電源接口。通過SMA射頻電纜與SMA信號輸入、輸出接口相連進行信號的傳輸。真空杜瓦的上下端面均可拆卸，且上下端面與腔體之間均採用O型橡膠圈進行密封。本發明所述的接收前端裝置所採用的SMA射頻電纜為低損耗微波電纜，電纜直徑範圍為Φ2?Φ4πιπι，長度範圍為100mnTl50mm，採用該規格的射頻電纜，能夠保證接收前端信號傳輸性能。
[0006]通過將超導濾波器與低溫放大器採用上下重疊式排列的方式，可以大大減少超導濾波器與低溫放大器佔用的空間體積，從而降低了接收前端的系統熱容和系統的漏熱，力口快降溫時間。通過用導熱帶連接制冷機冷頭和超導濾波器及低溫放大器，可以減少制冷機冷頭受衝擊造成的應力變形，提高制冷機的性能穩定性。通過採用絕熱支撐結構對上下排列的超導濾波器與低溫放大器進行支撐，可保證接收系統在收到外接衝擊力時，不會對制冷機造成損壞，提高了接收前端結構的穩定性。
[0007]所述的絕熱支撐結構包括絕熱支板和絕熱支杆，絕熱支杆一端與絕熱支板固定相連，另一端與真空杜瓦底部固定相連。具體地說，所述的絕熱支杆為玻璃纖維布棒，玻璃纖維棒是以玻璃纖維及其製品(玻璃布、帶、氈、紗等)作為增強材料，以合成樹脂作基體材料的一種複合材料。玻璃纖維棒具有輕質高強、耐腐蝕性能好、電性能好、熱性能良好等特點。所述的絕熱支杆包括2根頂撐支杆和2根擰壓支杆。通過將2根頂撐支杆對角放置，將2根擰壓支杆對角放置，從而保證了超導濾波器與低溫放大器結構的穩定性。所述的絕熱支杆一端為錐形結構，通過採用錐形結構，可以減少絕熱支杆與絕熱支板的接觸面積，減少系統漏熱。所述的絕熱支板為玻璃纖維布板，是由玻璃纖維布棒製成的平面結構，絕熱支板上設有用於固定連接超導濾波器、低溫放大器及柔性導熱帶的安裝孔和用於固定連接絕熱支杆的安裝孔。
[0008]所述的導熱帶為多層銅箔。優選的，所述的銅箔厚度為0.02mm。先將多層0.02mm的銅箔冷焊，再將冷焊後的多層銅箔進行鏜孔折彎製成導熱帶，通過螺釘將成型後的導熱帶安裝到制冷機冷頭上。根據多次實驗數據及仿真測試，選擇了 0.02_厚的銅箔進行冷焊製成柔性導熱帶，這個銅箔厚度既能滿足冷量傳導的需求，又具有一定的柔性對外力有緩衝作用。
[0009]所述的超導濾波器和低溫放大器外周均設有絕熱層。具體地說，所述的絕熱層為鍍鋁薄膜或玻璃纖維布。通過在超導濾波器和低溫放大器外周用鍍鋁薄膜或玻璃纖維布包裹20層，可以減少系統輻射漏熱。
[0010]本發明的優點:
(I)本發明通過將超導濾波器與低溫放大器採用上下重疊式排列的方式，可以大大減少超導濾波器與低溫放大器佔用的空間體積，從而降低了接收前端的系統熱容和系統的漏熱，加快降溫時間。
[0011]( 2 )本發明通過用導熱帶連接制冷機冷頭和超導濾波器及低溫放大器，可以減少制冷機冷頭受衝擊造成的應力變形，提高制冷機的性能穩定性。
[0012](3)本發明通過採用絕熱支撐結構對上下排列的超導濾波器與低溫放大器進行支撐，可保證接收系統在收到外接衝擊力時，不會對制冷機造成損壞，提高了接收前端結構的穩定性。
[0013](4)本發明通過在超導濾波器和低溫放大器外周用鍍鋁薄膜或玻璃纖維布包裹20層，可以減少系統輻射漏熱。
[0014]根據多次試驗結果可知，本發明在溫度環境為65K下，插入損耗小於0.8dB，矩形係數小於2，抑制度大於70 dB，系統耐振動衝擊速度為30G，體積和重量小於現有的接收前端裝置。綜上所述，本發明所述的高溫超導接收前端裝置不僅大大減少了超導接收前端的體積尺寸和漏熱功耗，還提高了制冷機的穩定性和使用壽命，且安裝簡單方便，易於維護使用。
【專利附圖】
【附圖說明】[0015]圖1是本發明的結構示意圖；
圖2是圖1的A-A剖視圖；
圖3是本發明的導熱帶的結構示意圖。
[0016]其中:
1、真空杜瓦，2、支撐底板，3、壓縮機，4、膨脹機，5、絕熱支杆，6、射頻電纜，7、低溫放大器，8、絕熱支板，9、超導濾波器，10、導熱帶，11、冷焊區域。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明做進一步說明:
如圖1、圖2所示的一種空間用高溫超導接收前端裝置，包括制冷機、真空杜瓦和I設在真空杜瓦I內的超導濾波器9及低溫放大器7。制冷機包括壓縮機3和與壓縮機3電連接的膨脹機4，膨脹機4與真空杜瓦I相連，膨脹機4與真空杜瓦I連接處採用O型橡膠圈密封。超導濾波器9一端通過絕熱支撐結構固設在真空杜瓦I內，另一端與低溫放大器7相連。超導濾波器9與低溫放大器7間設有導熱帶10，導熱帶10的一端位於超導濾波器9與低溫放大器7之間，另一端和制冷機冷頭相連。通過螺釘將真空杜瓦I和制冷機固定在支撐底板2上。具體地說，超導濾波器9與低溫放大器7呈上下排列。導熱帶10為柔性導熱帶，柔性導熱帶不僅能夠將制冷機冷頭的冷量傳遞到超導濾波器與低溫放大器，還能夠緩解外界衝擊力對制冷機冷頭的衝擊。
[0018]進一步的，所述的真空杜瓦I是為超導濾波器9與低溫放大器7提供真空環境，由不鏽鋼拼焊而成。真空杜瓦I採用圓筒式結構，在側壁上設有膨脹機接口、SMA信號輸入接口、SMA信號輸出接口、電源接口。通過SMA射頻電纜6與SMA信號輸入、輸出接口相連進行信號的傳輸。真空杜瓦I的上下端面均可拆卸，且上下端面與腔體之間均採用O型橡膠圈進行密封。本發明所述的接收前端裝置所採用的SMA射頻電纜6為低損耗微波電纜，電纜直徑範圍為Φ 2?Φ 4mm，長度範圍為100mnTl50mm，採用該規格的射頻電纜，能夠保證接收前端信號傳輸性能。
[0019]通過將超導濾波器9與低溫放大器7採用上下重疊式排列的方式，可以大大減少超導濾波器9與低溫放大器I佔用的空間體積，從而降低了接收前端的系統熱容和系統的漏熱，加快降溫時間。通過用導熱帶10連接制冷機冷頭和超導濾波器9及低溫放大器7，可以減少制冷機冷頭受衝擊造成的應力變形，提高制冷機的性能穩定性。通過採用絕熱支撐結構對上下排列的超導濾波器9與低溫放大器7進行支撐，可保證接收系統在收到外接衝擊力時，不會對制冷機造成損壞，提高了接收前端結構的穩定性。
[0020]進一步的，所述的絕熱支撐結構包括絕熱支板8和絕熱支杆5，絕熱支杆5的一端與絕熱支板8固定相連，另一端與真空杜瓦I的底部固定相連。具體地說，所述的絕熱支杆5為玻璃纖維布棒，玻璃纖維棒是以玻璃纖維及其製品(玻璃布、帶、氈、紗等)作為增強材料，以合成樹脂作基體材料的一種複合材料。玻璃纖維棒具有輕質高強、耐腐蝕性能好、電性能好、熱性能良好等特點。所述的絕熱支杆5包括2根頂撐支杆和2根擰壓支杆。通過將2根頂撐支杆對角放置，將2根擰壓支杆對角放置，從而保證了超導濾波器9與低溫放大器7結構的穩定性。所述的絕熱支杆5的一端為錐形結構，通過採用錐形結構，可以減少絕熱支杆5與絕熱支板8的接觸面積，減少系統漏熱。所述的絕熱支板8為玻璃纖維布板，是由玻璃纖維布棒製成的平面結構，絕熱支板8上設有用於固定連接超導濾波器9、低溫放大器7及柔性導熱帶10的安裝孔和用於固定連接絕熱支杆5的安裝孔。
[0021]進一步的，如圖3所示，所述的導熱帶10為多層銅箔。優選的，所述的銅箔厚度為
0.02mm。先將多層0.02mm的銅箔冷焊，再將冷焊後的多層銅箔進行鏜孔折彎製成導熱帶10，通過螺釘將成型後的導熱帶10安裝到制冷機冷頭上。圖3中空白處為冷焊區域11。根據多次實驗數據及仿真測試，選擇了 0.02mm厚的銅箔進行冷焊製成柔性導熱帶，這個銅箔厚度既能滿足冷量傳導的需求，又具有一定的柔性對外力有緩衝作用。
[0022]更進一步的，所述的超導濾波器9和低溫放大器7外周均設有絕熱層。具體地說，所述的絕熱層為鍍鋁薄膜或玻璃纖維布。通過在超導濾波器和低溫放大器外周用鍍鋁薄膜或玻璃纖維布包裹20層，可以減少系統輻射漏熱。
[0023]根據多次實驗結果可知，本發明在溫度環境為65K下，插入損耗小於0.8dB，矩形係數小於2，抑制度大於70 dB，系統耐振動衝擊速度為30G，體積和重量小於現有的接收前端裝置。綜上所述，本發明所述的高溫超導接收前端裝置不僅大大減少了超導接收前端的體積尺寸和漏熱功耗，還提高了制冷機的穩定性和使用壽命，且安裝簡單方便，易於維護使用。
[0024]以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種空間用高溫超導接收前端裝置，包括制冷機、真空杜瓦和設在真空杜瓦內的超導濾波器及低溫放大器，所述的制冷機包括壓縮機和與壓縮機電連接的膨脹機，所述的膨脹機與真空杜瓦相連，其特徵在於:所述的超導濾波器一端通過絕熱支撐結構固設在真空杜瓦內，另一端與低溫放大器相連；所述的超導濾波器與低溫放大器間設有導熱帶，所述的導熱帶一端位於超導濾波器與低溫放大器之間，另一端和制冷機冷頭相連。
2.根據權利要求1所述的一種空間用高溫超導接收前端裝置，其特徵在於:所述的超導濾波器與低溫放大器呈上下排列。
3.根據權利要求1所述的一種空間用高溫超導接收前端裝置，其特徵在於:所述的絕熱支撐結構包括絕熱支板和絕熱支杆，所述的絕熱支杆一端與絕熱支板固定相連，另一端與真空杜瓦底部固定相連。
4.根據權利要求1所述的一種空間用高溫超導接收前端裝置，其特徵在於:所述的導熱帶為多層銅箔。
5.根據權利要求1所述的一種空間用高溫超導接收前端裝置，其特徵在於:所述的超導濾波器和低溫放大器外周均設有絕熱層。
6.根據權利要求3所述的一種空間用高溫超導接收前端裝置，其特徵在於:所述的絕熱支杆為玻璃纖維布棒。
7.根據權利要求3所述的一種空間用高溫超導接收前端裝置，其特徵在於:所述的絕熱支板為玻璃纖維布板。
8.根據權利要求4所述的一種空間用高溫超導接收前端裝置，其特徵在於:所述的銅箔厚度為0.02mm。
9.根據權利要求5所述的一種空間用高溫超導接收前端裝置，其特徵在於:所述的絕熱層為鍍鋁薄膜或玻璃纖維布。
10.根據權利要求3或6所述的一種空間用高溫超導接收前端裝置，其特徵在於:所述的絕熱支杆包括2根頂撐支杆和2根擰壓支杆，所述的絕熱支杆端部為錐形結構。
【文檔編號】H04B1/06GK103746712SQ201310721884
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月24日 優先權日:2013年12月24日
【發明者】陳宇鵬, 劉海建, 左濤, 陸勤龍, 陳新民, 賓峰, 劉少敏 申請人:中國電子科技集團公司第十六研究所